众所周知，可使用多种垫圈来进行密封。如今广泛地将可扩展的聚四氟乙烯 (PTFE)用作一垫圈材料。如授予Gore的美国专利No.3,953,566中揭示的那 样，该材料具有许多高度适合垫圈的特性。这些特性包括：易压缩性和一致性、耐 化学性、相对较高的强度以及比不可扩展的充分密集的PTFE小得多的蠕变倾向和 密封压力损失。
在许多密封应用中，使用垫圈来密封凸缘之间的连接，例如管道之间的连接。 在上述应用中，由于将可扩展的PTFE垫圈放置在凸缘之间，然后施加作用力(例 如螺栓的紧固力)将两凸缘加压在一起，因此可扩展的PTFE是垫圈的理想材料。 该作用力对可扩展的PTFE加压。在对可扩展的PTFE加压时，其初始孔隙体积减少， 从而使可扩展的PTFE致密。尤其是金属对金属的凸缘，它可以向凸缘施加足够的 力(或“应力”)，以使可扩展的PTFE充分密集。因而，在至少一部分可扩展的PTFE 垫圈中，孔隙体积基本降低至零，以使致密的、无孔隙的、用来密封凸缘的PTFE 垫圈可防止容纳在管道中的流体从凸缘之间渗出。
在许多应用中，尤其是在使用易破坏金属的强腐蚀(harsh)化学制品或者会 污染正在运输或封装的化学制品的金属时，通常使用玻璃衬里的钢、玻璃或玻璃纤 维增强塑料(“FRP”)的管道和容器。由于该装备通常用于强烈腐蚀的化学制品， 而且PTFE具有众所周知的优良的耐化学性，因此很需要使用PTFE垫圈来密封该装 备的连接凸缘。不幸的是，不可扩展的、充分密集的PTFE垫圈通常不能充分适合 于有效地密封该类装备。在玻璃衬里的钢制凸缘的情况下，尽管光洁度相对较高， 但经常会有与凸缘相关的较大的不平整度或缺少平直度。这种不平整度或缺少平直 度需要垫圈与周长周围以及凸缘的内外径之间的较大变化相一致，以便形成一有效 的密封。因而，一不可扩展的、充分密集的PTFE垫圈不能充分地适合于密封许多 这些应用场合。
由于可扩展的PTFE具有较好的一致性，因此最好使用可扩展的PTFE来密封这 些通常不平整的凸缘。不幸的是，这些应用中有许多场合不能充分地向凸缘施加足 够的作用力，形成足够的垫圈应力，使可扩展的PTFE垫圈充分致密以形成一有效 的密封。例如，玻璃衬里的钢管凸缘、玻璃凸缘或FPR管凸缘在施加数量较大的应 力时会变形、折断或破裂。因而，在这些应用中，一可扩展的PTFE垫圈的密度不 能完全达到无孔隙的状态，由于可以施加在凸缘上，而且不会使它们碎裂的最大应 力不足以使垫圈致密，因此无法起到防漏的作用。
在许多情况下，垫圈不仅必须在封装或运输时可以密封实际的流体，而且还 需要提供一可通过工业中通常称为“气泡试验”的气密密封。在允许系统在生产中 用于运送实际流体之前，通常要进行这种用来检查管道系统中的渗漏的预先考核试 验。在该测试中，用空气对垫圈管道系统加压，然后喷洒肥皂水。用视觉来检查管 道和凸缘组件，肥皂水中出现气泡表明有漏气。必须消除所有的漏气部位，以通过 气泡试验。
因而，多年来需要的是一易于使用的、具有高度耐化学性的垫圈，该垫圈可 以有效地与装备一致，并为该装备提供一气密密封，而且可形成密封的负荷或应力 较低。
为了提供一种可有效地密封所述困难的应用场合的垫圈，已经进行了许多尝 试。大多数尝试涉及一个两片式垫圈。这些垫圈通常称为包络垫圈(envelope gasket)。在大多数包络垫圈中，形成一PTFE的外包层，然后分别填入一更易压缩 的填充材料，例如可压缩的石棉或其它毡制的垫圈填充物、一弹性体或一塑料材料、 或一有波纹的金属环(通常是不锈钢)。基本概念是用于包络垫圈的PTFE护套 (jacket)可提供耐化学性，同时填充材料提供一致性。
不幸的是，如同授予Pitolaj的美国专利No.4,900,629中解释的那样，包 络垫圈具有许多缺点。在安装垫圈的过程中，包络护套经常会在自身上折叠，从而 在垫圈中形成引起泄漏的折痕。同样，包层本身可能具有渗漏的小孔，会使腐蚀物 质侵蚀包络填充物，导致填充物的降解。在填充物降解时，密封应力将减少，并发 生渗漏。可导致的另一问题是降解的填充材料会污染容纳在管或容器内的流体。在 某些情况下，PTFE的包络护套与顺从的填充材料分离，仅仅在填充物上方拉伸包 层会产生波纹或折叠，并再次发生渗漏。同样，如果不平整的凸缘发生扭转，护套 将承受过度的应力并破裂，再次使腐蚀材料侵蚀填充物，导致填充物的降解和密封 的失效。另一问题是这些包络垫圈还易受到冷流或蠕变，这需要定期对螺栓重新加 转矩。
在授予Nicholson的美国专利No.5,195,759中，采用了一种具有PTFE外 壳的包络垫圈，该外壳内有一精巧的金属填料，该金属填料由开孔的薄金属条的卷 绕或嵌套的若干圈构成，以便沿它们的宽度方向提供回弹力。可不同程度地移动或 折叠单圈，藉此适合缺乏平整度的待密封表面。不透流体材料圈可分布在开孔条带 圈之间。尽管该垫圈具有一些优点，但是它仍然具有许多与上述包络垫圈有关的缺 点，例如在某些条件下化学制品会侵蚀金属填料。
在授予Nicholson的美国专利No.5,558,347中，揭示的一垫圈包括抗化学 性的一PTFE包层和包层中的一金属填料圈，该填料圈的形状形成小室。小室中可 充满加压惰性气体，以便缓冲垫圈上的增大的负荷。尽管该垫圈也具有一些优点， 但它仍然具有许多与上述包络垫圈有关的相同缺点。
在授予Udea等人的日本公开专利申请号4-331876中，提出了另一种包络(护 套)垫圈，该垫圈核心的外缘由低密度的多孔隙PTFE构成，该PTFE已经纤维化(可 扩展)，其密度为1.8克/立方厘米或更小，并用高密度的烧结PTFE构成的护层覆 盖。尽管该垫圈具有100％PTFE的优点，并因此不会具有外包层中的小孔渗漏产生 的化学侵蚀问题，但该垫圈在其安装过程中仍然具有上述外包层或护套折叠在自身 上方，从而在垫圈中形成可产生渗漏的折痕的问题。垫圈还具有上述PTFE的包络 护套与顺从的填充材料分离，形成导致渗漏的波纹或折叠的问题。该垫圈具有的另 一问题是在包络护套与内部的多孔隙PTFE核心之间没有沿垫圈内径的紧密的配合 接触，因而在该区域中留下了没有背衬的包络护套，因此该垫圈在安装过程和使用 的同时更易损坏。
如同授予Pitolaj的美国专利No.4,900,629中提到的那样，在纠正与包络 垫圈相关的一些问题的尝试中，研制了一种均匀同质的、充满微型气泡(例如玻璃 微气泡)的PTFE垫圈材料。如纽约州的Palmyra的Garlock股份有限公司制造的 Garlock 3504型垫圈所示，该材料使用玻璃微气泡来使一PTFE粘合剂具有可压缩 性(25％至35％)，藉此提供一更易变形的垫圈，而且不具备多构件垫圈的缺点。 由于结合了微气泡，因此该均匀同质的PTFE/微气泡垫圈材料呈现出增大的可压缩 性和密封性能，同时保持了PTFE提供的抗化学性和提高的温度特性。然而，向PTFE 添加微气泡使纯净的PTFE垫圈提供的抗拉强度性能降低。此外，该垫圈无法享受 可扩展PTFE超过不可扩展PTFE的上述若干优点中的一些优点。
在授予Pitolaj的美国专利No.4,900,629中，试图通过在垫圈表层中加入更 多微气泡，同时留下一未充填PTFE的中心部分，来克服均匀同质PTFE/微气泡垫 圈的固有弱点。各形成的微气泡填充层处于合成的垫圈材料的总厚度的20％-25％ 的范围内，中心PTFE部分处于垫圈总厚度的50-60％的范围内。如同该专利所解 释的那样，这些比率是相当重要的，其原因是如果各形成的外表层在垫圈总厚度的 20％以下，完成的复合片材将失去可压缩性，如果形成的外表层在25％以上，将 牺牲所完成的产品中的抗蠕变性和抗拉强度。尽管该垫圈对均匀同质地装载微气泡 的垫圈进行了改进，并且可避免与包络垫圈相关的问题，但它仍然不足以解决许多 应用问题。它仍然试图对可压缩性与抗蠕变性和抗拉强度进行折衷。该垫圈也不能 享受可扩展PTFE相对于不可扩展PTFE的上述若干优点中的一些优点。
在另一纠正与包络垫圈相关的两片式特性问题的尝试中，授予Waterland的 美国专利No.5,112,664提供了一种用于腐蚀环境的一体防护垫圈构件，该垫圈 具有一作为核心的合成橡胶垫圈，以及可扩展的高密度PTFE的防护材料，该防护 材料的至少一表面上具有一粘合剂，它至少可以部分地封装核心垫圈的表面。该垫 圈不具有两片式包络垫圈可能产生的皱纹和折叠；然而，它仍然具有外护套中的小 孔渗漏产生的化学侵蚀问题的固有问题。
在又一纠正与包络垫圈相关的问题的尝试中，欧洲专利申请No.EP 0 736 710 A1提出了一种由用于卫生管道的多孔隙PTFE构成的环形垫圈，该垫圈内部的表层 与密封流体直接接触，形成一无孔熔合固化层。尽管垫圈是由多孔隙的材料构成， 但据说垫圈内部形成的无孔熔合固化层可防止垫圈内部的渗漏。此外，据说由于熔 合固化层只形成在垫圈内部的表层上，因此不会损坏多孔隙的PTFE的固有特性， 例如柔性和亲和性。该垫圈可享受与纯净的PTFE垫圈相关的优点；然而，很难获 得在应力下足以防止渗透的一坚固的无孔熔合固化层。此外，由于玻璃衬里的钢制 凸缘的圆形凸部的特性，因此在许多情况下在垫圈内部中形成的无孔熔合固化层和 凸缘与垫圈接触处之间具有一现成的渗漏通道。图20中示出了该渗漏通道。该图 示出了两个传统玻璃衬里的钢制凸缘96的垫圈凸缘组件90的截面图，所述凸缘具 有圆形的凸出配合边缘95，该配合边缘与垫圈91的部分顶面和底面94相接触。 可以看到，如果只有垫圈91的内径93的表层可以防止容纳流体的渗透，则形成一 条穿过可渗透的垫圈91的暴露部分的现成的渗漏通道92。
最好提供一种一体的、顺从的、抗蠕变的、高强度的、抗化学性的垫圈，该 垫圈可以在施加一相对较低的应力时密封开口，尤其是玻璃衬里的钢制凸缘。因此， 本发明的目的在于提供一种一体的可扩展PTFE垫圈，只要施加一低应力，该垫圈 就可提供一基本不透气的密封。
发明概述
本发明提供了一种多层、一体的垫圈，它包括至少一个可扩展PTFE的内层， 该内层位于一第一基本不透气的外层与一第二基本不透气的外层之间，以及一基本 不透气的区域，该区域桥接第一和第二基本不透气的层。
在另一方面，本发明提供了一种多层、一体的垫圈，该垫圈包括：一环形圈， 该环形圈具有一顶面、一底面、一内缘、一外缘和一轴线；一第一基本不透气的层， 该层位于所述顶面上；一第二基本不透气的层，该层位于所述底面上；至少一层可 扩展的PTFE，该可扩展的PTFE位于第一与第二基本不透气的层之间；以及一基本 不透气的区域，该区域桥接第一和第二基本不透气的层；其中，所有诸层的方向基 本上与所述轴线垂直。
在另一方面，本发明提供了一种具有一内周边、一外周边、一顶面和一底面 的环形垫圈，它包括：靠近内周边的一可扩展PTFE的第一腔室，该第一腔室具有 位于顶面上的一第一不透气的顶层，以及位于底面上的一第一不透气的底层；靠近 所述外周边的一可扩展PTFE的第二腔室，该第二腔室具有位于顶面上的一第二不 透气的顶层，以及位于底面上的一第二不透气的底层；以及位于第一与第二腔室之 间的一基本不透气的区域。
在又一方面中，本发明提供了一种具有一内周边、一外周边、一顶面和一底 面的环形垫圈，它包括：靠近内周边的一可扩展PTFE的第一腔室，该第一腔室具 有顶面上的一第一顶部，以及底面上的一第一底部，其中第一顶部和第一底部的透 气性小于第一腔室的可扩展PTFE；靠近外周边的一可扩展PTFE的第二腔室，该第 二腔室具有顶面上的一第二顶部，以及底面上的一第二底部，其中第二顶部和第二 底部的透气性小于第二腔室的可扩展PTFE；以及位于第一与第二腔室之间的一区 域，该区域的透气性小于第一和第二腔室的可扩展PTFE。在可替代的实施例中， 该区域可位于内周边上或外周边上。

本文结合附图对本发明进行叙述，其中：
图1是本发明的一示范性实施例的垫圈的俯视图；
图2是图1的垫圈的截面图；
图3是图2的一部分垫圈的放大截面图；
图4是本发明的又一示范性实施例的垫圈的俯视图；
图5是图4的垫圈的截面图；
图6是图5一部分的垫圈的放大截面图；
图7是本发明的又一示范性实施例的垫圈的俯视图；
图8是图7的垫圈的截面图；
图9是图8的一部分垫圈的放大截面图；
图10从GORE-TEX GR的R型垫圈片中切出的一垫圈的截面图；
图11是本发明的又一示范性实施例的垫圈的截面图；
图12是本发明的又一示范性实施例的垫圈的截面图；
图13是本发明的又一示范性实施例的垫圈的截面图；
图14是在本发明的示范性实施例的性能试验结果的图形显示；
图15是在本发明的示范性实施例的性能试验结果的图形显示；
图16是用来确定本发明的示范性实施例的密封性的试验夹具的截面图；
图17是用来测量本发明的示范性实施例的透气性的试验装置的截面图；
图18是在本发明的示范性实施例的性能试验结果的图形显示；
图19是一传统已有技术的包络垫圈的截面图；
图20是两个传统玻璃衬里的钢制凸缘的截面图，所述凸缘之间具有一已有技 术的垫圈；以及
图21是用来测量本发明的示范性实施例的渗液性的试验装置的截面图。

本发明提供了一改进的可扩展PTFE垫圈，当一相对较低的负荷施加在与垫圈 结合或由垫圈密封的构件上时，该垫圈可提供一基本不透气的密封，藉此向垫圈施 加相对较低的应力。本文使用的“不透气”是指防止通过材料运送空气。可使用任 何已知的技术来测量透气性。本文使用“低应力”是指在充分密集一多孔隙的可扩 展PTFE垫圈所需应力(小于约20,700千帕(3000磅/平方英寸))之下的应力。 通常采用至少约20,700千帕(3000磅/平方英寸)的应力使一多孔隙的可扩展PTFE 垫圈充分密集。大多数低应力的应用可以通常施加了小于约10340千帕(1500磅/ 平方英寸)的垫圈应力，而一些低应力的应用可以施加小于约2070千帕(300磅/ 平方英寸)的垫圈应力。
图1示出了本发明的一示范性实施例。尽管可使用任何形状的垫圈，但该图 所示的垫圈10呈一环圈状。垫圈10具有一第一腔室11和一第二腔室12。在第一 腔室11与第二腔室12之间是一基本不透气的区域13。
如图2所示，在与第一腔室11和第二腔室12的厚度相比时，基本不透气的 区域13具有一减少的厚度。基本不透气的区域13用来将第一腔室11与第二腔室 12隔开，并且同时使第一腔室11与第二腔室12相连。
如图3所示，该图是图2的圆形部分的放大示意图，第一腔室11和第二腔室 12都由可扩展的PTFE的内层15构成，该内层夹在可扩展的PTFE层15的顶面和 底面上的基本不透气的层14之间。基本不透气的层14最好是由致密的可扩展PTFE 构成。致密的可扩展PTFE是最好的，PTFE具有最高程度的耐化学性，可扩展特性 可提供高等级的强度和抗蠕变性。事实上，基本不透气的层14可包括许多这样的 致密的可扩展PTFE层。也可使用其它基本不透气的层，包括四氟乙烯/六氟丙烯共 聚物(FEP)、四氟乙烯/(全氟烃基)乙烯醚共聚物(PFA)和切成薄片的PTFE。 或者，不透气层14由可扩展的PTFE制成，该PTFE被注入一填充物，例如一弹性 体、一氟化橡胶、一全氟橡胶或一全氟聚醚硅酮橡胶。
通常最好使用相同的材料和相同的材料厚度来形成一单独垫圈的两不透气层 14，然而，也可有某些场合最好用两种不同材料和/或材料厚度来形成垫圈的两不 透气层14。
可扩展的PTFE层15也包括许多可扩展PTFE的单层。尽管基本不透气的区域 13可包括任何基本不透气的材料，例如一FEP、PFA和切成薄片的PTFE，但该区域 最好是致密的可扩展PTFE。或者，基本不透气的区域13由可扩展的PTFE制成， 该PTFE被注入一填充物，例如一弹性体、一氟化橡胶、一全氟橡胶或一全氟聚醚 硅酮橡胶。总的来说，使用的弹性体类型或使用的不渗透涂层或填充物的其它类型 的耐化学性越强，可提供一有效密封方案的垫圈的应用越广。
在使用时，垫圈的任何一侧上的配合凸缘(图中未示出)使应力基本上沿垫 圈的轴线(如图1所示，沿垂直于纸面的方向)施加于垫圈10。在施加该应力时， 可扩展的PTFE层15略微地压缩，藉此降低可扩展的PTFE层15的孔隙度。基本不 透气的层14最好较薄，以使基本不透气的层14所覆盖的垫圈10的表面与该不透 气层配合的凸缘表面中的任何不规则性相一致。可以利用厚度等于或小于1毫米的 基本不透气的层14，然而，厚度等于或小于0.5毫米通常更为有用，厚度等于或 小于0.15毫米通常最好。在一些需要一致性程度很高的应用中，厚度等于或小于 0.1毫米、0.05毫米甚至0.025毫米将是较佳的。总的来说，基本不透气的层14 越厚，这些层越不透气。基本不透气的层14越薄，垫圈的一致性所受的影响越少。 这种一致性是垫圈使用的可扩展的PTFE层15的特性。另外，基本不透气的层14 可用于形成一不透气的屏障，该屏障可防止流体从管道内部向流体可能在垫圈10 的周围渗漏的凸缘表面传送。由于本发明的垫圈可用于可利用的应力为较低的场 合，因此可扩展的PTFE层15通常不是充分密集的。因此，可扩展的PTFE层15中 通常会留下一些孔隙。容纳在密封管道中的流体因而可以沿图3所示的箭头方向渗 透通过可扩展的PTFE层15。
然而，基本不透气的区域13可防止这流体逸出外界环境。尤其是，流体可渗 透第一腔室11中的可扩展的PTFE层15，但基本不透气的区域13可阻止其透入第 二腔室12。按照该方式，提供了一防漏的密封。
应当认识的是，基本不透气的层14和基本不透气的区域13通常是基本不渗 透流体的，包括液体，甚至是表面张力极低的液体，例如许多溶剂。
本发明的一理想优点是在流体移入第一腔室11的可扩展PTFE层15时，以及 随后基本不透气的区域13阻止流体进一步渗透时，“陷在”第一腔室11中的流体 对基本不透气的层14施加一向外的作用力。该现象有助于进一步地使基本不透气 的层14与凸缘表面相一致，并将该层密封于凸缘表面，藉此通过垫圈10来改进密 封。不被理论所限制，可以相信第二腔室12有助于在基本不透气的区域13的后面 提供一合力，该合力有助于防止基本不透气的区域13断裂。
最好在一心轴上卷绕一或多层致密的ePTFE形成一第一不透气的层14；在不 透气层14的周围卷绕一或多(最好是相当多)层可扩展的PTFE，以形成可扩展的 PTFE层15；在可扩展的PTFE层15的周围卷绕一或多层基本不透气的层，以形成 第二(外部)基本不透气的层14来制成垫圈10。在加热卷绕管/心轴组件，以使 不同的诸层熔为一体本体之后，使卷绕管冷却，然后对其进行纵向切削，并使其平 放呈片材的形状。然后将片材冲压成若干所需尺寸的环圈。然后使每一环受到诸如 两金属管之间的压缩处理，从而对环圈的一部分加压，以形成基本不透气的区域 13。
通常最好使用未烧结的、致密的可扩展PTFE层，而不是烧结的、致密的可扩 展PTFE层卷绕在心轴上，以形成不透气的层14，使其与可扩展的PTFE层15更好 地结合起来。
图4-6示出了本发明的一可替代实施例。在该实施例中，垫圈20包括一单独 腔室21，基本不透气的区域13设置在垫圈20的内缘上。与结合第一实施例讨论 的腔室11和12的结构类似，腔室21由可扩展的PTFE的内层15构成，该内层被 基本不透气的层14夹住。该实施例在那些不允许任何流体进入垫圈的应用类型中 通常是最佳的，例如许多制药应用。
图7-9中示出了本发明的又一可替代实施例。在该实施例中，垫圈30包括一 单独腔室31，基本不透气的区域13设置在垫圈30的外缘上。与先前的实施例一 样，腔室31较好地是由可扩展的PTFE的层15构成的，该层被两层基本不透气的 层14夹住。
还应当认识的是，在特定的应用中具有不止一个基本不透气的区域13，以便 形成多个腔室是较有益处的。这些另外的不渗透区域13可由上面提到的图1-9的 实施例，或由内径与外径之间包含的一个以上的不透气区域13结合而成。它们甚 至可包括内径和/或外径上的一不渗透区域13，以及内径与外径之间的一个以上的 不渗透区域13。因此，根据不透气区域13的数量和位置，垫圈中的腔室可多于两 个。多个腔室的好处之一是垫圈的封闭部分可提供一空气缓冲作用，以缓冲垫圈上 的增大的负荷。具有一个以上的不透气区域13的另一益处是必须横越更多的不透 气区域13以形成一通过垫圈的渗漏通道。
还应予理解的是，本发明超过传统的包络垫圈的另一明显优点是相对基本不 渗漏的层14的内层15与基本不透气的区域13之间产生紧密接触。在内层15与基 本不渗透的区域13之间具有该紧密接触是尤其重要的。该紧密接触可防止与包络 垫圈有关的在护套中产生可引起渗漏的皱纹、褶皱和折痕的上述问题。紧密接触还 可为基本不透气的区域13提供背衬，以使垫圈在安装和使用的过程中不易损坏。 在图19中，画出了代表一典型包络垫圈的垫圈，更具体地说，该垫圈代表了先前 提到的Ueda等人在日本公开专利申请No.4-331876中揭示的护套垫圈80。该垫 圈80在套管或护套82与核心83之间具有自由空间81。该自由空间(缺少紧密接 触)会由于上述原因而有害于垫圈的应用。
                              示例
现在将结合下面的示例来叙述本发明，这些示例可图示本发明，但不局限于 此。在示例中，使用了以下试验方法。
示例1
以下述方式制造本发明的一环形垫圈。如同授予Gore的美国专利No.4,187, 390中指出的那样，通过成浆技术获得由细粉末PTFE树脂制成的一连续的可扩展 PTFE片材，并且沿相互成90度的方向(纵向和横向)扩展该片材，以形成一多微 孔的可扩展PTFE片材。片材的厚度约为0.015毫米，然后在两辊之间以一固定间 隙滚轧该片材，使多微孔的可扩展PTFE片材被压成一充分密集的、无孔隙的可扩 展PTFE片材。该无孔隙的片材的最终厚度约为0.005毫米，最终宽度约为1270毫 米。将五层所述充分密集的片材卷绕在直径为584毫米的一心轴上。
如同授予Gore的美国专利No.4,187,390中指出的那样，通过成浆技术获 得由细粉末PTFE树脂制造的一第二连续的可扩展PTFE片材，并且沿相互成90度 的方向(纵向和横向)扩展该片材，以形成一多微孔的可扩展PTFE片材。所述第 二多微孔的可扩展PTFE片材的尺寸约为1600毫米宽、0.038毫米厚，然后将100 层所述片材卷绕在心轴上，覆盖先前卷绕的充分密集的可扩展PTFE片材。
然后将五层第一多微孔的可扩展PTFE片材再次卷绕在心轴上，覆盖多微孔的 可扩展PTFE片材。然后将多微孔的可扩展PTFE层固定在心轴的端部，以抵御材料 在升高的温度下其自身皱缩的趋势。然后在所有诸层固定于心轴的同时，使它们在 370℃的炉中烧结约45分钟，以便诸层粘结在一起。在冷却之后，从心轴纵向地切 割PTFE材料以呈片材状。
然后从该片材中切出一内径为89毫米、外径为135毫米的环圈，并且有选择 地加压，以便在充分密集的、基本不透气的PTFE层14之间形成基本不透气的区域 13。对内径为104.8毫米、外径为108.0毫米的环形模具之间的垫圈进行加压，以 便在该示例的环形垫圈中形成基本不透气的区域13。将模具加热至200℃，并加载 51.7兆帕(7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
该示例的基本不透气的两层14的厚度均为0.025毫米(0.001英寸)。该垫圈 是内径为89毫米、外径为135毫米、总厚度为3.0毫米的一环形垫圈。受到压缩 的不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。这是图1-3所示的本 发明垫圈的一种类型。
对照示例2
在授予Dolan等人的美国专利No.5,879,789中揭示了一厚为0.125英寸(3.2 毫米)的GORE-TEX GR的R型垫圈片，该片材可从特拉华州的Newark的W.L.Gore & Associates股份有限公司购得。从该片材中切出一环形垫圈。图10示出了该环 形垫圈40的截面图，该垫圈包括：顺从的、多微孔的可扩展PTFE材料的外层41； 充分密集的可扩展PTFE材料的刚性内层43，所述刚性内层附连于每一外层41；以 及顺从的、多微孔的可扩展PTFE材料的一中心层42，该中心层附连在每一刚性内 层43之间。
环形垫圈的内径为89毫米、外径为135毫米，其厚度为3.2毫米。
示例3
根据图1-3所示的本发明的结构来生产又一环圈。首先，获得一可购得的、 如对照示例2所述的一厚为0.125英寸(3.2毫米)的GORE-TEX GR的R型垫圈片。 将顺从的、多微孔的可扩展PTFE的外层41从片材上手工剥离，使暴露的PTFE刚 性内层43成为新的外层。GORE-TEX GR的R型垫圈片的刚性内层43由致密的可扩 展PTFE材料构成，该材料的密度等于或接近完全密度，即2.2克/立方厘米，其厚 度为0.15毫米(0.006英寸)。
然后从已剥离的片材中切出一内径为89毫米、外径为135毫米的环圈，并且 有选择地加压，以便在充分密集的、基本不透气的PTFE层14之间形成基本不透气 的区域13。对内径为104.8毫米、外径为108.0毫米的环形模具之间的垫圈进行 加压，以便在该示例的环形垫圈中形成基本不透气的区域13。将模具加热至200 ℃，并加压51.7兆帕(7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
环形垫圈的内径为89毫米、外径为135毫米、厚度为3.0毫米。受到加压的 不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。
示例4
用类似于示例1的方式来生产本发明的一垫圈。与示例1生产的片材相同的 充分密集的、无微孔的可扩展PTFE片材可用来形成基本不透气的层14，与示例1 生产的片材相同的多微孔的可扩展PTFE片材可用来形成顺从的、多微孔的内层15。
首先，将两层无微孔的可扩展PTFE片材卷绕在直径为584毫米的心轴上。然 后将100层多微孔的可扩展PTFE片材卷绕在心轴周围。在此之后，将两层无微孔 的可扩展PTFE片材卷绕在心轴周围。将诸多微孔层固定在心轴的端部，并使用与 示例1相同的加热过程将诸层粘合在一起。在冷却之后，从心轴中纵向地切割PTFE 材料以呈片材状。
然后从片材中切出一内径为89毫米、外径为135毫米的环圈，并且有选择地 加压，以便在充分密集的、基本不透气的PTFE层14之间形成基本不透气的区域 13。对内径为104.8毫米、外径为108.0毫米的环形模具之间的垫圈进行加压，形 成基本不透气的区域13。将模具加热至200℃，并加压51.7兆帕(7500磅/平方 英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
该示例的基本不透气的两层14的厚度均为0.01毫米(0.0004英寸)。该垫圈 是内径为89毫米、外径为135毫米、总厚度为3.0毫米的一环形垫圈。受到加压 的不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。这是图1-3所示的本 发明的垫圈的另一种类型。
示例5
根据图4-6所示的本发明的结构，以类似于示例3的方式生产一环形垫圈。 与示例3生产的片材相同的一已剥离片材具有充分密集的可扩展PTFE的外层，以 及顺从的、多微孔的可扩展PTFE的内层。然后，从已剥离片材中切出内径为104.8 毫米、外径为160毫米的一环形垫圈。然后对内径(104.8毫米)与垫圈内径相等、 外径为108.0毫米的环形模具之间的环形垫圈进行加压，以形成一不透气区域13。 将模具加热至200℃，并加压51.7兆帕(7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负 荷保持约15秒。
最终的环形垫圈的内径为104.8毫米、外径为160毫米、厚度为3.0毫米。 受到加压的不透气区域的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。不透气层14的 厚度为0.15毫米(0.006英寸)。
示例6
如图11所示，该示例示出了本发明的又一实施例，该实施例将顺从的、多微 孔的可扩展PTFE材料切成环形垫圈的形状，该环形垫圈涂覆有一基本不透气的涂 层。
首先，获得一厚度为0.125英寸(3.2毫米)的GORE-TEX GR垫圈片的多微孔 的可扩展PTFE片材，该片材可从W.L.Gore & Associates股份有限公司购得。 从该片材中切出一内径为86毫米、外径为133毫米的环圈。然后以下列方式在环 圈上涂覆一全氟聚醚硅酮橡胶SIFELTM610，该材料可从Shin-Etsu化学有限公司购 得。将环圈在弹性体池中浸泡五分钟，以使弹性体渗入GORE-TEX GR垫圈片的表 面孔隙中。在浸泡五分钟之后，立即去除多余的弹性体，形成环圈的表面。然后将 已涂覆的环圈在175℃的炉中固化四小时，产生最终的环形垫圈50。
在该示例中，不透气层14和不透气区域13都是由渗入多微孔的可扩展PTFE 的孔隙的弹性体构成。可扩展PTFE的内层15是未渗入弹性体的可扩展PTFE的一 部分。不透气区域13位于垫圈50的内径和外径处。不透气层14和不透气区域13 的厚度约为0.13毫米。
示例7
用类似于示例1的方式来生产本发明的一环形垫圈。与示例1生产的片材相 同的充分密集的、无微孔的可扩展PTFE片材可用来形成基本不透气的层14，与示 例1生产的片材相同的多微孔的可扩展PTFE片材可用来形成顺从的、多微孔的内 层15。
首先，将10层无微孔的可扩展PTFE片材卷绕在直径为584毫米的心轴上。 然后将100层多微孔的可扩展PTFE片材卷绕在心轴周围。在此之后，再将10层无 微孔的可扩展PTFE片材卷绕在心轴周围。将诸多微孔层固定在心轴的端部，并使 用与示例1相同的加热过程将诸层粘合在一起。在冷却之后，从心轴纵向地切割 PTFE材料以呈片材状。
然后从该片材中切出一内径为89毫米、外径为135毫米的环圈，并且有选择 地加压，以便在充分密集的、基本不透气的PTFE层14之间形成基本不透气的区域 13。对内径为104.8毫米、外径为108.0毫米的环形模具之间的垫圈进行加压，形 成基本不透气的区域13。将模具加热至200℃，并加压51.7兆帕(7500磅/平方 英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
该示例的基本不透气的两层14的厚度均为0.05毫米(0.002英寸)。该垫圈 是内径为89毫米、外径为135毫米、总厚度为3.0毫米的一环形垫圈。受到加压 的不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。这是图1-3所示的本 发明的垫圈的另一种类型。
示例8
根据图7-9所示的本发明的结构，以类似于示例3的方式生产一环形垫圈。 如示例3中所述那样，产生一已剥离片材，它具有充分密集的可扩展PTFE的外层， 以及顺从的、多微孔的可扩展PTFE的内层。然后，从该已剥离片材中切出内径为 60毫米、外径为108毫米的一环圈形。然后对外径(108毫米)与垫圈外径相等、 内径为104.8毫米的环形模具之间的环形垫圈进行加压，以形成一不透气区域13。 将模具加热至200℃，并加压51.7兆帕(7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负 荷保持约15秒。
最终的环形垫圈的内径为60毫米、外径为108毫米、厚度为3.0毫米。受到 加压的不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。不透气层14的厚 度为0.15毫米(0.006英寸)。
对照示例9
首先，获得一厚度为0.125英寸(3.2毫米)的GORE-TEX GR垫圈片的多微孔 的可扩展PTFE片材，该片材可从W.L.Gore & Associates股份有限公司购得。 从该片材中切出一环形垫圈。环形垫圈的内径为60.8毫米、外径为107毫米、厚 度为3.2毫米。
示例10
根据图4-6所示的本发明的结构，以类似于示例3的方式来制造一环形垫圈。 如示例3中所述那样，产生一已剥离片材，它具有充分密集的可扩展PTFE的外层， 以及顺从的、多微孔的可扩展PTFE的内层。然后，从该已剥离片材中切出内径为 60.8毫米、外径为107毫米的一环圈形。然后对内径(60.8毫米)与垫圈内径相 等、外径为64.0毫米的环形模具之间的环形垫圈进行加压，以便在充分密集的可 扩展PTFE、基本不透气的层14之间形成一不透气区域13。将模具加热至200℃， 并加压51.7兆帕(7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
环形垫圈的内径为60.8毫米、外径为107毫米、厚度为3.0毫米。受到加压 的不透气区域13的内径为60.8毫米、外径为64.0毫米。不透气层14的厚度为 0.15毫米(0.006英寸)。
示例11
根据图1-3所示的本发明的结构，用类似于示例3的方式来制造一环形垫圈。 如示例3中所述那样，产生一已剥离片材，它具有充分密集的可扩展PTFE的外层， 以及顺从的、多微孔的可扩展PTFE的内层。然后，从该已剥离片材中切出内径为 60.8毫米、外径为107毫米的一环形垫圈。然后对内径为81.5毫米、外径为84.7 毫米的环形模具之间的环形垫圈进行加压，以便在充分密集的可扩展PTFE、基本 不透气的层14之间形成一不透气区域13。将模具加热至200℃，并加压51.7兆帕 (7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
环形垫圈的内径为60.8毫米、外径为107毫米、厚度为3.0毫米。受到加压 的不透气区域13的内径为81.5毫米、外径为84.7毫米。不透气层14的厚度为 0.15毫米(0.006英寸)。
示例12
根据图13所示的本发明的结构，以下列方式来制造一环形垫圈。首先，如示 例3中所述那样，产生一已剥离片材，它具有充分密集的可扩展PTFE的外层，以 及顺从的、多微孔的可扩展PTFE的内层。然后，从已剥离片材中切出一环圈。与 示例6一样，然后将环圈在一全氟聚醚硅酮橡胶弹性体SIFELTM610的池中浸泡五分 钟。在浸泡五分钟之后，立即去除多余的弹性体，形成环圈的表面。然后将已涂覆 的环圈在175℃的炉中固化四小时，产生最终的垫圈70。
在该示例中，不透气区域13由渗入多微孔的可扩展PTFE的内层15的孔隙的 弹性体构成。不透气区域13位于垫圈的内径和外径处。由于充分密集的可扩展PTFE 的外层的无孔隙性质，弹性体不能渗入这些外层。因而，不透气层14是由充分密 集的可扩展PTFE的外层构成的，不透气区域13是由固化的弹性体/可扩展PTFE的 成分构成的。
示例13
根据图12所示的本发明的结构，以下列方式来制造一环形垫圈。首先，如示 例3中所述那样，产生一已剥离片材，它具有充分密集的可扩展PTFE的外层，以 及顺从的、多微孔的可扩展PTFE的内层。然后，从已剥离片材中切出一环圈。然 后，将环圈平放在一光滑表面上，并将全氟聚醚硅酮橡胶SIFELTM610注入由环圈内 径限定的一空穴，以使环圈的内径暴露于弹性体，同时外径不暴露于弹性体。在五 分钟的浸渍之后，去除多余的弹性体，形成环圈的暴露表面。然后将已涂覆的环圈 在175℃的炉中固化四小时，产生最终的垫圈60。
在该示例中，不透气区域13由渗入多微孔的可扩展PTFE的内层15的孔隙的 弹性体构成。由于外径并未暴露于弹性体，因此不透气区域13仅位于垫圈的内径。 由于充分密集的可扩展PTFE的外层的无孔隙性质，弹性体不能渗入这些外层。因 而，不透气层14是由充分密集的可扩展PTFE的外层构成的，不透气区域13是由 固化的弹性体/可扩展PTFE的成分构成的。
对照示例14
首先，获得一厚度为0.125英寸(3.2毫米)的GORE-TEX GR垫圈片的多微孔 的可扩展PTFE片材，该片材可从W.L.Gore & Associates股份有限公司购得。 从该片材中切出一环形垫圈。环形垫圈的内径为89毫米、外径为135毫米、厚度 为3.2毫米。
对照示例15
以下列方式生产一对照垫圈。首先，获得一可购得的、如对照示例2所述的 一厚为0.125英寸(3.2毫米)的GORE-TEX GR的R型垫圈片。将顺从的、多微孔 的可扩展PTFE的外层41从片材上手工剥离，使暴露的PTFE刚性内层43成为新的 外层。GORE-TEX GR的R型垫圈片的刚性内层43由致密的可扩展PTFE材料构成， 该材料的密度等于或接近完全密度，即2.2克/立方厘米，其厚度为0.15毫米(0.006 英寸)，该刚性内层基本上是不透气的。
然后从已剥离的片材中切出一内径为89毫米、外径为135毫米的环形垫圈。
尽管该垫圈具有基本不透气的层14，但它没有一基本不透气的区域13。
对照示例16
首先，获得一厚度为0.125英寸(3.2毫米)的GORE-TEX GR垫圈片的多微孔 的可扩展PTFE片材，该片材可从W.L.Gore & Associates股份有限公司购得。 从该片材中切出一环形垫圈，该环形垫圈的内径为89毫米、外径为135毫米。对 内径为104.8毫米、外径为108.0毫米的环形模具之间的垫圈加压，形成一基本不 透气的区域13。将模具加热至200℃，并加压51.7兆帕(7500磅/平方英寸)左 右的负荷。将该负荷保持约15秒。
环形垫圈的内径为89毫米、外径为135毫米、厚度为3.2毫米。受到加压的 不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。尽管该垫圈具有一基本 不透气的区域13，但它没有基本不透气的层14。
示例17
可从宾夕法尼亚州的费城的氟塑料股份有限公司购得一卷充分密集的、切成 薄片的PTFE(0.051毫米厚、610毫米宽)。将单层该片材卷绕在直径为168毫米 的不锈钢心轴圆周的周围。然后将100层示例1中生产的、厚度尺寸为0.038毫米 的第二多微孔的可扩展PTFE片材卷绕在心轴上，以覆盖先前卷绕的切成薄片的 PTFE层。将一层厚度为0.051毫米的、切成薄片的PTFE卷绕在诸薄膜层的周围。 将40层其它的多微孔的可扩展PTFE薄膜卷绕在切成薄片的PTFE薄膜层的顶部， 以便在加热循环的过程中使诸薄膜保持接触。然后将诸多微孔的可扩展PTFE层固 定在心轴的端部，以抵御材料在升高的温度下其自身皱缩的趋势。
将被卷绕的心轴放置在一空气电烘箱中，然后将烘箱加热至365℃的温度经历 两小时。在加热循环的第一小时期间，烘箱升高至设定的温度。烘箱在设定的温度 下经过第二小时。在完成加热循环时，使叠层冷却至室温，对叠层切割去除钢制心 轴。另外40层多微孔的可扩展PTFE薄膜可用来保持诸薄膜接触，然后从粘合的片 材上剥离所述薄膜层，并将它们丢弃。已经论证了切成薄片的PTFE薄膜可适度地 粘附于可扩展的PTFE。
然后从粘合的片材中切出一内径为89毫米、外径为135毫米的环圈，并且有 选择地加压，以便在充分密集的、切成薄片的基本不透气的PTFE层14之间形成基 本不透气的区域13。对内径为104.8毫米、外径为108.0毫米的环形模具之间的 垫圈进行加压，以便在该示例的环形垫圈中形成基本不透气的区域13。将模具加 热至200℃，并加压51.7兆帕(7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负荷保持约 15秒。
该示例的基本不透气的层14的厚度均为0.05毫米(0.002英寸)。该垫圈是 内径为89毫米、外径为135毫米、总厚度为3.0毫米的一环形垫圈。受到加压的 不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。这是图1-3所示的本发 明的垫圈的另一种类型。
示例18
将示例17的一单层切成薄片的PTFE(0.051毫米厚、610毫米宽)卷绕在直 径为168毫米的不锈钢心轴圆周的周围。该层可作为从心轴上去除垫圈材料的释放 衬里(release liner)。将三层厚度为0.051毫米的PFA薄膜卷绕在切成薄片的 PTFE层的周围，所述PFA薄膜可以从特拉华州的Wilmington的E.I.杜邦de Nemours股份有限公司购得，这种称为200LP高性能PFA薄膜的宽度为457毫米。 然后将100层示例1中生产的、厚度尺寸为0.038毫米的第二多微孔的可扩展PTFE 片材卷绕在心轴上，以覆盖先前卷绕的PTFE薄膜层。然后将三层厚度为0.051毫 米的PFA薄膜卷绕在多微孔的可扩展PTFE薄膜的顶部。然后将一层厚度为0.051 毫米的切成薄片的PTFE卷绕在PFA层的周围。将另外40层多微孔的可扩展PTFE 薄膜卷绕在切成薄片的PTFE层的顶部，以便在加热循环的过程中使诸薄膜保持接 触。然后将诸多微孔的可扩展PTFE层固定在心轴的端部，以抵御材料在升高的温 度下其自身皱缩的趋势。
将被卷绕的心轴放置在一空气电烘箱中，然后将烘箱加热至365℃的温度经历 两小时。在加热循环的第一小时期间，烘箱升高至设定的温度。烘箱在设定的温度 下经过第二小时。在完成加热循环时，使叠层冷却至室温，切割叠层去除钢制心轴。 另外40层多微孔的可扩展PTFE薄膜可用来保持诸薄膜接触，然后从粘合的片材上 剥离切成薄片的PTFE层，并将它们丢弃。此时的粘接片材由PFA薄膜外层和多微 孔可扩展的PTFE内层组成。
然后从粘合的片材中切出一内径为89毫米、外径为135毫米的环圈，并且有 选择地加压，以便在基本不透气的PFA层14之间形成基本不透气的区域13。对内 径为104.8毫米、外径为108.0毫米的环形模具之间的垫圈进行加压，以便在该示 例的环形垫圈中形成基本不透气的区域13。将模具加热至200℃，并加压51.7兆 帕(7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
该示例的基本不透气的两层14的厚度均为0.15毫米(0.006英寸)。该垫圈 是内径为89毫米、外径为135毫米、总厚度为3.0毫米的一环形垫圈。受到加压 的不透气区域13的内径为104.8毫米、外径为108.0毫米。这是图1-3所示的本 发明的垫圈的另一种类型。
对照示例19
首先，获得一厚度为0.125英寸(3.2毫米)的GORE-TEX GR垫圈片的多微孔 的可扩展PTFE片材，该片材可从W.L.Gore & Associates股份有限公司购得。 从该片材中切出一环形垫圈。环形垫圈的内径为89毫米、外径为135毫米、厚度 为3.2毫米。
示例20
根据图11所示的本发明的结构，使用与示例6的垫圈相同的方式来生产一环 形垫圈。仅有的区别是从多微孔的可扩展PTFE片材中切出的环圈的内径为89毫米、 外径为132毫米。
在该示例中，不透气的层14和不透气的区域13都由渗入多微孔的可扩展PTFE 的孔隙的弹性体构成。可扩展PTFE的内层15是可扩展的PTFE中未渗入弹性体的 部分。不透气区域13位于垫圈50的内径和外径处。不透气层14和不透气区域13 的厚度约0.13毫米。
环形垫圈的内径为89毫米、外径为132毫米、厚度为3.2毫米。
示例21
用类似于示例1的方式来生产本发明的垫圈。与示例1生产的片材相同的充 分密集的、无微孔的可扩展PTFE片材可用来形成基本不透气的层14，与示例1生 产的片材相同的多微孔的可扩展PTFE片材可用来形成顺从的、多微孔的内层15。
首先，将两层无微孔的可扩展PTFE片材卷绕在直径为584毫米的心轴上。然 后将100层多微孔的可扩展PTFE片材卷绕在心轴周围。在此之后，将两层无微孔 的可扩展PTFE片材卷绕在心轴周围。将诸多微孔层固定在心轴的端部，并使用与 示例1相同的加热过程将诸层粘合在一起。在冷却之后，从心轴纵向地切割PTFE 材料以呈片材状。
然后从片材中切出一内径为89毫米、外径为132毫米的环圈，并且有选择地 加压，以便在充分密集的、基本不透气的PTFE层14之间形成基本不透气的区域 13。对内径与环圈内径(89.0毫米)相等、外径为93.2毫米的环形模具之间的垫 圈进行加压，形成基本不透气的区域13。将模具加热至200℃，并加压51.7兆帕 (7500磅/平方英寸)左右的负荷。将该负荷保持约15秒。
该示例的基本不透气的两层14的厚度均为0.01毫米(0.0004英寸)。该垫圈 是内径为89毫米、外径为132毫米、总厚度为3.0毫米的一环形垫圈。受到加压 的不透气区域13的内径为89.0毫米、外径为93.2毫米。这是图1-3所示的本发 明的垫圈的另一种类型。
密封性试验1
根据ASTM F37-95试验方法B中概述的过程和装备进行的渗漏率试验可确定 密封性，所述试验方法B适合精确地测量高达6升/小时以及低到0.3毫升/小时的 渗漏率。将垫圈的应力选择为10.3兆帕(1500磅/平方英寸)。试验流体是0.62 兆帕(90磅/平方英寸)下的空气。向两块光滑的钢制压机压板之间的垫圈加载一 选定的压缩应力，该压板在室温下保持RMS 32的表面光洁度。然后使垫圈受到0.62 兆帕的内部空气压力，将该内部空气压力引入压在两块压机压板之间的环形垫圈的 中心。然后关闭一阀门，使试验装置中的空气压力与外界环境隔绝。渗漏率是由位 于垫圈试验夹具的上游的管路中的压力计流体在一段时期内的高度变化确定。压力 计中的变化原因是通过垫圈向外界环境的漏气导致了内部空气压力的损失。使用下 面的方程式可将压力计读数转化成渗漏率： $\mathrm{LR}=\frac{M{R}^{*}2.54^{*}{A}^{*}60}{T^{*}\mathrm{SG}}$
式中：LR是渗漏率(毫升/小时)
      MR是压力计读数(英寸)
      常数2.54可将压力计读数从(英寸)转化成(厘米)
      A是压力计管内部的横截面积(厘米2)
      T是时间(分)
      常数60可将时间从(分)转化成(小时)
      SG是压力计流体的比重
压力计的线性刻度必须与使用流体的比重相配合。在该试验中，压力计刻度 是对比重是0.827的流体标定的。所用的流体是R827油(比重为0.827)，该流体 可从新墨西哥州的Albuquerque的Dynatech Frontier公司购得。所用的压力计具 有0.25英寸(0.635厘米)的管内径。可以在5、10和15分钟时读取压力计读数。
下面的表I示出了在本发明示例1、3、4、5、6和7的实施例与对照示例2、 14、15和16上进行的上述密封性试验的结果。图14中还用曲线示出了这些结果。 图表示出了提供本发明垫圈的不同结构的所有示例，所述本发明垫圈具有比所有对 照示例低得多的渗漏率。
对照示例14和2代表商用的可扩展PTFE垫圈。对照示例14是一多微孔的可 扩展PTFE垫圈。对照示例2是一多微孔的可扩展PTFE垫圈，其内部具有充分密集 的可扩展PTFE材料制成的两刚性内层43。对照示例15是一多微孔的可扩展PTFE 垫圈，该垫圈具有充分密集的PTFE外层，剥离对照示例2的多微孔外层可形成该 外层。因而，对照示例15具有基本不透气的层14，但没有基本不透气的区域13。 因而，对照示例15的渗漏率相对照示例2的商用垫圈没有明显地改进。然而，示 例3和5示出了超过对照示例2和15的巨大改进。示例3和5具有与对照示例15 相同的不透气层14。对照示例15与垫圈3和5的本发明垫圈之间的差异是示例3 和5具有基本不透气的区域13，以改进基本不透气的层14。因而，可以看到没有 基本不透气的区域13，对照示例15的垫圈无法享有不透气层14的潜在的密封优 点。
另一方面，对照示例16是一多微孔的可扩展PTFE垫圈，该垫圈具有一基本 不透气的区域13，但没有基本不透气的层14。该垫圈没有显示超过可购得的垫圈 的大改进。由于没有基本不透气的层14来改进基本不透气的区域13，尽管具有基 本不透气的区域13，但还有一供通过多微孔的可扩展PTFE渗漏的自由通道。因而， 可以看到没有基本不透气的层14，垫圈将无法享有不透气区域13的潜在的密封优 点。
在观察示例1、3、4和7的本发明垫圈时，可以从图14中看到，渗漏率随着 充分密集ePTFE的基本不透气的层14的厚度的增加而降低。将示例1、3、4和7 的本发明垫圈相互比较，它们都具有相同的内径和外径尺寸，而且基本不透气的区 域13的位置相同。基本不透气的层14都是充分密集的可扩展PTFE。它们之间的 区别是基本不透气的层14的厚度，较厚的基本不透气的层14的不透气性高于较薄 的基本不透气的层14。
图15中进一步地示出了该结论，该图绘制了平均渗漏率与基本不透气的充分 密集的可扩展PTFE层14的厚度的关系曲线。平均渗漏率是从五分钟、十分钟和十 五分钟的计算渗漏率的平均计算值中得到的，该平均渗漏率被包括在表I中。图 15中的图表数据来自示例1、3、4和7。
                                                               表I                   示例1                对照示例2                    示例3   读数 时间(分) 压力计读 数(英寸) 渗漏率 (毫升/ 小时) 读数 时间(分) 压力计读 数(英寸、 水柱)   渗漏率   (毫升/   小时)   读数 时间(分) 压力计读 数(英寸)   渗漏率   (毫升/   小时)     1     5     0.2     2.33     1     5     1.1   12.84     1     5     0     0.00     2     10     0.3     1.75     2     10     2.0   11.67     2     10     0     0.00     3     15     0.45     1.75     3     15     3.0   11.67     3     15     0     0.00     平均渗漏率：1.95     平均渗漏率：12.06     平均渗漏率：0.00                   示例4                 示例5                   示例6   读数 时间(分) 压力计读 数(英寸)   渗漏率   (毫升/   小时) 读数 时间(分) 压力计读 数(英寸) 渗漏率 (毫升/ 小时)   读数 时间(分) 压力计读 数(英寸、 水柱) 渗漏率 (毫升/ 小时)     1     5     0.3     3.50     1     5     0   0.00     1     5   0.2   2.33     2     10     0.5     2.92     2     10     0   0.00     2     10   0.31   1.81     3     15     0.7     2.72     3     15     0   0.00     3     15   0.45   1.75     平均渗漏率：3.05     平均渗漏率：0.00     平均渗漏率：1.96                    示例7                  对照示例16                  对照示例15   读数 时间(分) 压力计读 数(英寸、 水柱) 渗漏率 (毫升/ 小时)   读数 时间(分) 压力计读 数(英寸) 渗漏率 (毫升/ 小时) 读数 时间(分) 压力计读 数(英寸) 渗漏率 (毫升/ 小时)     1     5   0.05   0.58     1     5     0.8     9.34     1     5     1   11.67     2     10   0.075   0.44     2     10     1.5     8.75     2     10     1.9   11.09     3     15   0.1   0.39     3     15     2.15     8.36     3     15     2.7   10.50     平均渗漏率：0.47     平均渗漏率：8.82     平均渗漏率：11.09                  对照示例14   读数 时间(分)  压力计读  数(英寸、  水柱)   渗漏率   (毫升/   小时)     1     5     1.1   12.84     2     10     2.0   11.67     3     15     2.9   11.28     平均渗漏率：11.93
密封性试验2
除了选择6.9兆帕(1000磅/平方英寸)来代替10.3兆帕(1500磅/平方英寸) 的垫圈应力以外，该密封性试验的实施完全类似于上面的密封性试验1。试验流体 仍然是0.62兆帕(90磅/平方英寸)下的空气。在该试验中，以多种时间间隔来 读取压力计的读数，该时间间隔对于不同的垫圈可达到60分钟。
下面的表II示出了采用示例3、5和8来实施该密封性试验的结果。图18中 还用曲线示出了这些结果。进行该试验可以比较图1-9所示本发明的不同结构，其 中垫圈具有相同厚度的诸充分密集ePTFE的基本不透气的层14。待测试垫圈的差 异是不透气区域13的位置。
从图表中可以看到，示例3可获得最低的渗漏率(性能最好)，该示例代表图 1-3所示的本发明实施例。该垫圈的不透气区域位于垫圈的内径与外径之间。可以 相信该实施例中的一理想优点是在流体移入第一腔室11的可扩展PTFE层15时， 以及随后基本不透气的区域13阻止流体进一步渗透时，“陷在”第一腔室11中的 流体对基本不透气的层14施加一向外的作用力。可以相信该现象有助于进一步地 使基本不透气的层14与凸缘表面相一致，并将该层密封于凸缘表面，藉此改进垫 圈10所实现的密封。不被理论所限制，可以相信第二腔室12有助于在基本不透气 的区域13的后面提供一合力，该合力有助于防止基本不透气的区域13断裂。
示例5可实现第二最低的渗漏率，该示例代表图4-6所示的本发明垫圈。该 垫圈的不透气区域位于垫圈的内径。示例8可实现第三最低的渗漏率，该示例代表 图7-9所示的本发明垫圈。该垫圈的不透气区域13位于垫圈的外径。
                                        表II                    示例5                    示例3 读数   时间   (分)  压力计读数  (英寸) 渗漏率(毫 升/小时) 读数   时间   (分)  压力计读数  (英寸) 渗漏率(毫 升/小时)     1     5     0.00     0.00     1     5     0.00     0.00     2     10     0.00     0.00     2     10     0.00     0.00     3     15     0.00     0.00     3     15     0.00     0.00     4     20     0.05     0.15     4     20     0.00     0.00     5     30     0.08     0.15     5     30     0.00     0.00     6     45     0.15     0.19     6     60     0.05     0.05     7     60     0.18     0.17     平均渗漏率：0.09     平均渗漏率：0.01                  示例8   读数   时间   (分) 压力计读数 (英寸) 渗漏率(毫 升/小时)     1     5     0.30     3.50     2     10     0.30     1.75     3     15     4     20     5     30     0.40     0.78     6     60     0.50     0.49     平均渗漏率：1.63
密封性试验3(气泡试验)
进行的另一种密封性试验在工业中称为“气泡试验”的，该试验包括使用肥 皂水来检查垫圈的管路凸缘的漏气。图16示出了用来完成该试验的气泡试验夹具 的截面图。下面的表III示出了气泡试验的结果。试验夹具100由一套等级为2 英寸×150磅、表面光洁度为RMS 32的无孔钢制凸缘101构成，用四个5/8英寸 的螺栓102将所述凸缘紧固在一起。在凸缘101中的一个之中钻一进气孔103，以 使进气连接装置可附连于该进气孔，该进气连接装置从测试垫圈的内径向构件加 压。在该试验中，待测试的垫圈104位于试验夹具100的凸缘101之间。经润滑的 螺栓102在交叉型模式中(例如12：00-6：00-3：00-9：00)以三个增量平均分开 的步骤达到所需的转矩大小。使用下面的方程式可将转矩大小转换成垫圈的应力。
转矩(英尺-磅)＝Fp*K*D/12
式中：Fp是每个螺栓施加的力(磅)
      K是螺母系数(假定为0.2)
      D是螺栓的直径(英寸)
垫圈应力(磅/平方英寸)＝Fp*螺栓数量/垫圈的接触面积(英寸2)
可以使用下面的方程式将该垫圈应力(磅/平方英寸)进一步转换成(兆帕) 的计量单位：
垫圈应力(兆帕)＝垫圈应力(磅/平方英寸)*0.00689476
在达到垫圈应力的第一等级(250磅/平方英寸)或(1.72兆帕)十分钟后， 以第一理想的恒定空气压力(30磅/平方英寸)或(0.21兆帕)向紧固的垫圈/凸 缘组件加压。然后将肥皂水溶液喷洒在垫圈/凸缘组件上。然后用视觉沿垫圈104 的外径检查垫圈/凸缘组件，肥皂水中出现的气泡表明有漏气。如果渗漏存在，肥 皂水中将出现气泡，表明经过垫圈104的周围和/或穿过该垫圈传送空气。在确定 是否存在气泡之后，将内部空气压力增加到下一级(60磅/平方英寸)或(0.41 兆帕)。在确定该压力等级下是否存在气泡之后，再次将内部空气压力增加到最终 等级(90磅/平方英寸)或(0.62兆帕)，再一次确定是否存在气泡。然后释放内 部空气压力。
然后如以上在交叉型模式中所做的那样，将凸缘/垫圈组件紧固至下一等级 (500磅/平方英寸)或(3.45兆帕)以三个平均分开的增量加压。如上所述，然 后为每一内部空气压力等级实施气泡试验，其仅有的差别是在施加第一内部空气压 力等级之前等待十五分钟，以代替等待十分钟。
使用十五分钟的等待时间，为表III所示的为每一垫圈压力等级重复该过程。
将该气泡试验实施在对照示例9和示例10、11的垫圈中。表III示出了结果。 试验结果证明了示例10和11的本发明垫圈的密封性超过对照示例9的GORE-TEX GR垫圈片的传统多微孔的可扩展PTFE垫圈的改进，在任何用于本发明垫圈的试验 条件下不存在任何气泡可作为证明。传统多微孔的可扩展PTFE垫圈显示的气泡表 明在所有试验条件下有渗漏。在观看试验的边界条件时，传统垫圈在最低要求的试 验条件下(垫圈应力为1500磅/平方英寸(10.34兆帕)状态下30磅/平方英寸(0.21 兆帕的内部压力)显示有渗漏，本发明的垫圈甚至在最高要求的试验条件下(垫圈 应力仅为250磅/平方英寸(1.72兆帕)状态下90磅/平方英寸(0.62兆帕的内部 压力)显示没有渗漏。这证明了较低垫圈应力下的密封性超过传统多微孔的可扩展 PTFE垫圈的巨大改进。
                                             表III                                           对照示例9      垫圈应力   (磅/平方  (兆帕)   英寸)         转矩   (英尺-磅)  (牛-米)                   发现气泡(是或否)       气压   30磅/平方英寸   (0.21兆帕)   60磅/平方英寸   (0.41兆帕)   90磅/平方英寸   (0.62兆帕)   250       1.72   3          4     是     是     是   500       3.45   6          8     是     是     是   1000      6.89   11         15     是     是     是   1500      10.34   17         23     是     是     是                                             示例10      垫圈应力   (磅/平方  (兆帕)   英寸)         转矩   (英尺-磅)  (牛-米)                   发现气泡(是或否)       气压   30磅/平方英寸   (0.21兆帕)   60磅/平方英寸   (0.41兆帕)   90磅/平方英寸   (0.62兆帕)   250       1.72   3          4     否     否     否   500       3.45   6          8     否     否     否   1000      6.89   11         15     否     否     否   1500      10.34   17         23     否     否     否                                             示例11     垫圈应力   (磅/平方  (兆帕)   英寸)         转矩   (英尺-磅)  (牛-米)                   发现气泡(是或否)       气压   30磅/平方英寸   (0.21兆帕)   60磅/平方英寸   (0.41兆帕)   90磅/平方英寸   (0.62兆帕)   250       1.72   3          4     否     否     否   500       3.45   6          8     否     否     否   1000      6.89   11         15     否     否     否   1500      10.34   17         23     否     否     否
透气性试验4
作为测量多种薄膜或片材的透气等级以及随后测量的不透气等级的装置，构 造了整个内部空气容积为50立方厘米的一试验夹具。图17示出了该不透气性试验 夹具。用一直径为1.5英寸(3.81厘米)的卫生凸缘套环121形成透气性试验夹 具120。将套环121的长度切削成5.2厘米，并焊接于一不锈钢的基座122。钻一 贯穿基座的孔123，以使加压空气源与压力测量仪器相连。使用1/8英寸的管道和 压缩配件来连接试验夹具120的所有构件。一数字压力计(可从俄亥俄州的克利夫 兰市的Meriam仪器购得的350型灵敏的压力计)可用来精确地测量压力。一调节 气源可用来将试验夹具加压至适当的起动压力。一旦达到理想的内部压力，与压缩 配件相连的一截流阀126可用来阻塞来往于试验夹具的气流。试验夹具120的整个 内部空气容积基于夹具120的内部空气容积，该容积包括与配件以及在截流阀126 与凸缘套环121的内部之间的管道部分相关的容积。夹具总容积(腔室+管道和配 件中的容积)总计达50立方厘米(±0.5立方厘米)。
为了测试一薄膜或片材样本127，将样本127切削成一直径为5.1毫米(2.0 英寸)的圆形。将薄膜127放置在卫生凸缘套环121的开口上方。将一直径为1.5 英寸(3.81厘米)的装筛网的EPDM垫圈128放置在试样127的顶部，使其作为一 防止测试薄膜127在试验过程中扩张和/或破裂的背衬，装筛网的垫圈128具有一 网孔尺寸为40的不锈钢筛网，EPDM橡胶将网束缚在周边的周围，该EPDM橡胶可 从新泽西州的Andover的Rubberfab模具和垫圈公司购得，其零件号为40MP-ES150。 将一1.5英寸(3.81厘米)的短焊缝的卫生凸缘套环129放置在具有筛网的EPDM 垫圈128的顶部，并且适当地放置和紧固清洁的凸缘夹125，在凸缘套环121、薄 片样本127、具有筛网的EPDM垫圈128以及短焊缝的清洁凸缘套环129之间形成 一密封。与阀126相连的调节气源可用于形成试验夹具120的初始内部压力。将夹 具120加压至50.0千帕的压力，并且使阀126关闭。使用一秒表来测量试验夹具 120中的压力从50.0千帕下降至10.0千帕所需的时间，作为通过薄膜的试样127 的透气性结果。对于高度不透气的薄膜样本(夹具内部压力从50.0千帕下降至10.0 千帕所需的时间大于10分钟)，在10分钟后记录压力。下面的表IV示出了使用上 述试验过程测试多种类型的薄膜样本得到的不透气性结果。对每个类型的薄膜样本 制造和试验了三个试样。试验了以下类型的薄膜样本。
薄膜样本类型A-从示例4的心轴切成片材，从该片材上剥离无孔隙的可扩展 PTFE外层之一，产生厚度为0.01毫米(0.0004英寸)的无孔隙(充分密集)的可 扩展PTFE薄膜。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型B-从示例1的心轴切成片材，从该片材上剥离无孔隙的可扩展 PTFE外层之一，产生厚度为0.025毫米(0.001英寸)的无孔隙(充分密集)的可 扩展PTFE薄膜。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型C-从示例7的心轴切成片材，从该片材上剥离无孔隙的可扩展 PTFE外层之一，产生厚度为0.05毫米(0.002英寸)的无孔隙(充分密集)的可 扩展PTFE薄膜。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型D-从示例3中形成的先前已剥离的片材上剥离致密的可扩展 PTFE外层之一，产生厚度为0.15毫米(0.006英寸)的无孔隙(充分密集)的可 扩展PTFE薄膜。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型E-将可购得的示例17的切成薄片的PTFE薄膜制成厚度为 0.051毫米的切成薄片的PTFE。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造 试样。
薄膜样本类型F-将可购得的示例18的PFA薄膜制成厚度为0.051毫米的PFA 薄膜。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型G-从特拉华州的Wilmington的E.I.杜邦de Nemour股份有 限公司购得并获得厚度为0.013毫米的PFA薄膜(零件号为50LP的高性能PFA薄 膜)。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型H-从示例1生产的第二连续多微孔的可扩展PTFE片材制成厚 度为0.038毫米的多微孔的可扩展PTFE薄膜。从该薄膜中切出三个直径为5.1毫 米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型I-从对照示例14的可购得的GORE-TEXGR垫圈片制成厚度为 3.2毫米的GORE-TEXGR片材。这是一多微孔的可扩展PTFE垫圈片材料。从该薄 膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型J-从W.L.Gore和Associates股份有限公司购得并获得厚度 为1.0毫米的GORE-TEXGR片材。这是一多微孔的可扩展PTFE垫圈片材料。从该 薄膜中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型K-从先前已剥离的示例3的片材上剥离外部充分密集的可扩展 PTFE层，产生厚度为2.3毫米的多微孔的可扩展PTFE薄膜。因而，从GORE-TEX GR 的R型垫圈片所剩余的唯一部分是顺从的多微孔的可扩展PTFE材料的中间层42。 从该多微孔的可扩展PTFE材料中切出三个直径为5.1毫米的圆形来制造试样。
薄膜样本类型L-从示例1的心轴切成片材，从该片材上剥离外部充分密集的 PTFE层，产生厚度为3.0毫米的多微孔的可扩展PTFE薄膜，留下内部多微孔的可 扩展PTFE层。从该多微孔的可扩展PTFE薄膜(层)中切出三个直径为5.1毫米的 圆形来制造试样。
                                表IV 薄膜样本类型     薄膜样本的结构   试样 试验完成的时间(秒)     A     充分密集的可扩展PTFE     0.01毫米厚     1     2     3     6.9     6.9     6.6     B     充分密集的可扩展PTFE     0.025毫米厚     1     2     3     31.7     41.7     38.5     C     充分密集的可扩展PTFE     0.05毫米厚     1     2     3     119.6     109.3     108.0     D     充分密集的可扩展PTFE     0.15毫米厚     1     2     3     600*(49.9千帕)     600*(49.9千帕)     600*(49.9千帕)     E     切成薄片的TFE     0.051毫米厚     1     2     3     600*(49.9千帕)     600*(49.8千帕)     600*(49.8千帕)     F     PFA薄膜     0.051毫米厚     1     2     3     600*(49.9千帕)     600*(49.9千帕)     600*(49.8千帕)     G     PFA薄膜     0.013毫米厚     1     2     3     600*(49.9千帕)     600*(49.9千帕)     600*(49.9千帕)     H     多微孔的可扩展PTFE     0.038毫米厚     1     2     3     0.5     0.4     0.5     I   多微孔的可扩展PTFE   3.2毫米厚     1     2     3     5.5     5.5     5.5     J   多微孔的可扩展PTFE   1.0毫米厚     1     2     3     1.9     1.8     1.8     K   多微孔的可扩展PTFE   2.29毫米厚     1     2     3     3.4     3.5     3.5     L   多微孔的可扩展PTFE   3.0毫米厚     1     2     3     5.6     5.5     5.3
从观察试验结果可以看到，基本不透气的层14的本发明示例中使用的所有代 表性材料的不透气性大于多微孔的可扩展PTFE的内层15使用的代表材料。与那些 代表多微孔的可扩展PTFE的内层15的薄膜样本类型相比，由于使代表基本不透气 的层14的薄膜样本类型从50.0千帕下降至10.0千帕将耗费更长的时间，因此上 述情况是十分明显的。薄膜样本类型A至G代表了本发明示例中用作基本不透气的 层14的不同材料。薄膜样本类型K和L代表了本发明示例中用作多微孔的可扩展 PTFE的内层15的不同材料。薄膜样本类型H代表了多微孔的可扩展PTFE薄膜的 一单层，该薄膜可用于产生一些本发明示例中的多微孔的可扩展PTFE的内层15。 薄膜样本类型I和J代表了可购得的多微孔的可扩展PTFE垫圈片。
从这些结果中可以看到，在根据其厚度进行区分的类似材料的分组中，材料 越厚，其不透气性越好，压力等级下降所需的时间将明显变长。对薄片样本类型A、 B、C和D的类似致密的可扩展PTFE材料的不同厚度进行比较，材料厚度的增加将 使不透气的程度增加。再次对薄膜样本类型H、I、J、K和L的类似多微孔的可扩 展PTFE材料的不同厚度进行比较，材料越厚，其不透气性越好。厚度没有显示类 似材料的差别的唯一情况是薄膜样本示例F和G的两PFA薄膜样本，它们都是极不 透气的，在600秒(10分钟)之后，气压仅从50千帕下降至48.8-49.9千帕。
从这些结果中可以看到，代表本发明示例中作为基本不透气的层14所使用的 材料的薄膜样本类型(薄膜样本类型A-F)都远薄于用作代表多微孔的可扩展PTFE 的内层15的材料的薄膜样本类型(薄膜样本类型K和L)。如先前所述，可以有利 地使用厚度相对较薄的、高度不透气的材料来提高最终垫圈的一致性。因而，证明 了充分密集的可扩展PTFE、PFA薄膜和切成薄片的PTFE都可以有效地用作基本不 透气的层14的材料。
结合密封性试验1和本试验的结果，已经进一步证明了将本试验结果为等于 或大于6.9秒的材料可用作为不透气层14。还示出了将本试验结果为大于30秒的 材料作为不透气层14是较有效的。还示出了将本试验结果为大于100秒的材料作 为不透气层14是更有效的。进一步地示出了将本试验结果为大于600秒的材料作 为不透气层14是最有效的。
渗水性试验5
进行了该试验用来测量基于溶剂的墨水进入并通过垫圈横截面的渗透。图21 所示的墨水试验夹具130由一等级为3英寸×150磅、具有挡圈133的PVDF管凸 缘135和一等级为3英寸×150磅的无孔FRP凸缘134构成，用四个经过润滑的5/8 英寸的螺栓132将所述凸缘紧固在一起。在该试验中，将待测试的垫圈131置于试 验夹具130的凸缘135和134之间。在相交型模式中，用一35英尺-磅(47.5牛- 米)的转矩来紧固所述螺栓。将一乙醇基的红墨水136——该墨水可从乔治亚州的 Smyrna的Imaje喷墨印刷公司购得，其零件号为1300-RD红墨水——注入PVDF管 凸缘135的管口，达到深度约为25毫米。墨水136与垫圈131的内径137接触， 并且在试验过程中墨水浸泡垫圈。在特定时间之后，从试验夹具130中倒出墨水 136。将夹具130拆散并卸下垫圈131。使垫圈131干燥约一小时。一旦垫圈131 干燥，沿该垫圈的直径将垫圈131切削成两半。其横截面中的垫圈材料被染成红色 可检测出墨水136的渗透性能。
在对照示例19的传统多微孔的可扩展PTFE垫圈和示例20和21的本发明垫 圈上实施该墨水试验。对照示例19的传统垫圈在经过7.5小时的浸泡之后，墨水 在GR垫圈片横截面的宽度中(从暴露的内径开始)渗透的深度为8.5毫米。示例 20的本发明垫圈在经过12小时的浸泡之后，垫圈横截面中没有渗入墨水。示例21 的本发明垫圈在经过14小时的浸泡之后，横截面中没有渗入墨水。这证明本发明 垫圈在防止液体渗透垫圈方面比传统的垫圈有了巨大的改进。
尽管本文已经图示并叙述了本发明的特定实施例，但是本发明并不局限于这 种图示和叙述。应当清楚的是，在下面的权利要求书的范围内，还可结合和实施多 种变化和修改以作为本发明的一部分。